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補充教材(1)~電阻與歐姆定律

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magiccar 發表於 2008-9-26 12:59 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
一、何謂電阻?
& c* p$ N8 r4 x# O+ m+ [6 G  「電阻」顧名思義,就是阻礙電流流動的因素。當電阻越大,表示阻礙越大,就會讓電流越難流動。所以在相同電壓的條件下,電阻越大,電流就會越小。 而影響電阻大小的因素有四:9 ~  D$ n  A' _8 k1 a

3 r. r. g" Q% N7 H" ^材 質:# K0 k7 e. ~  m: R( N' O
  不同的材料,對電產生的阻力也不同,在常見的金屬導體中銀和銅算是電阻最小的,而鉻、鎳的電阻則大的多。在常溫的狀態下,所有會導電的材料都有大小不同的電阻喔!2 x, |' N1 b7 ?; z+ W' F

: f$ H2 T2 i; X6 Z8 u: K0 G6 T長 度:: @5 p, ]$ J7 i3 s+ v  T. A
  當導電的電子,穿過的材料長度增加時,能量的損耗也會增加。就像跑步愈久愈沒體力,慢了下來一樣,阻檔電流的通過也,讓電流變小。所以長度愈長,電的阻力愈大。 ; x+ k, ?$ L; r+ M6 u
9 K; x$ r1 ~* ]5 u5 n% T
截面積:6 J4 g" o0 b9 Q9 ^4 y3 n9 ?. a# X
  當截面積(橫切面積)越大,能夠傳遞電流的電子就愈多,同心協力之下,當然能讓更多的電流流過,電阻就比較小。
9 P0 }. q9 d: L' F/ n
& o+ {2 B8 x# x! z% j/ V溫 度:
1 c$ [# p$ a, g% M8 I  一般的導電材料,當溫度越高時,材料中的電子受到熱能的激勵,會開始不聽使喚,到處亂撞,無法再專心於傳遞電能的工作,而碰撞的結果更讓電流的前進更加不容易,所以當導體的溫度愈高,電阻便會愈大。 8 K$ o  l% y% x/ K" x

5 w$ S2 X8 E0 H5 G二、歐姆定律
$ |% x+ Y" N: [: A2 ]$ s# z3 o    歐姆定律為歐姆(Georg Simon Ohm l787~1854德國物理學家)於1826年作的實驗,發現了電流(I)和電壓(V)之間成正比。也就是當電壓變成N倍的時候,電流也會變成N倍。但是不同的電阻會讓這個比例常數(除式)有所改變。這個比例常數,就是電阻。此即歐姆定律5 v, D: D% Z0 I
       (R=V/I) 或 (V=Ix R); ]1 b2 ]: o' Q% K( k% A: v
從這個式子我們可以看出,電壓和電流成正比的關係。同時電流電阻成反比。& d' }& [2 J1 Y% m9 @# B+ w
1 N4 ]7 r+ S# F9 \6 g
三、電阻的單位; `  H4 |; [# u7 _* c6 k% H
  電阻的單位稱為歐姆(Ohm)通常記為:Ω。由歐姆定律可界定歐姆之定義如下:若在電阻上施予1伏特的電壓,可得到1安培的電流,就稱這個電阻的大小為1Ω。0 X# y/ w* f& I) A0 z, M+ V8 ]/ i
0 n9 i' A$ r3 u9 h- f: J
- p4 U. Q4 T3 A2 `# `* d
謝忠成 發表於 2008-9-28 16:07 | 顯示全部樓層

問題

所以說若在電阻上給二伏特的電壓,就可得到二安培的電流喔?7 H* a( z) R; H- R+ j' w7 Y! I4 f

; a/ I0 O+ T& y% K. c/ ]7 Q
' M2 B6 V8 \) J( V  e3 R% X9 T' D
& n+ Z* _: K2 T  s, L4 H5 d( H9/28               謝忠成5 Q( U- v  Z2 i3 g$ C2 Z& \1 ?# Z" `8 g$ Q. K5 o% Z4 g
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-28 17:08 | 顯示全部樓層
觀念很好!/ k* C; q3 d0 V" }; T) u5 o1 Z6 {
2 a5 ?9 ^; X$ T0 Z; y4 x- _( H
給予2V(伏特)的電壓,則可流過2A(安培)的電流,依照歐姆定律
, r. s( S. F) A- o5 @: ]' C  S
" S$ }6 T  \# Y% ^! r1 K: m) P. Z9 G V=I*R → 2=2*__ → R=1(Ω)
5 ?7 R7 Q4 N' h4 Y6 z% _2 C- E

" Q) }& \6 Y+ P0 e所以當
電壓為2V(伏特),但只能流過1A(安培)的電流時,則電阻大小就是2Ω(歐姆)了
7 r: v0 a# [6 p0 B: l  ~* _. A, C, K
 V=I*R → 2=1*__ → R=2(
Ω)$ I5 {: g. x+ `0 i2 M

+ E" D. S) e( F7 j# R$ {2 `這有點難,要慢慢看喔!
8 f; B% D2 v; P$ z# a* b) t# u# X% j7 e6 M4 @  @
黃佑平 發表於 2008-9-28 18:22 | 顯示全部樓層

老師~老師~

為甚麼在材質上的差別中,電阻會有所不同ㄋ?: C; W) Y( d% W
材質影響電阻的因素是什麼呢?
3 d; C$ B+ ^' Z* u9 H2 V( g* Z9 F
5 s+ B' ?) o% z4 h佑平
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-28 22:37 | 顯示全部樓層

材質影響電阻的因素是什麼呢?

這個問題問得很好:
# }2 v  u' S& _; l9 {) w. M# }7 V3 x" z! g8 b, s2 P" C' R, L6 E
材質跟電阻間的關係,就存在於材質本身的導電率(導電能力)。
. F! I+ n2 b. ]% A# p$ J* \我們知道物質是由原子構成的,而原子的基本結構就是原子核與電子。' ^% W- m- @; `$ x
$ i/ Z( D5 d8 k" X9 d5 h0 D8 ~
當材質中自由電子(可脫離原子核束縛而到處移動電子)數目越多,就越容易導電;電阻就越小。9 C( k3 c1 F8 s" J6 Y# }- K* Z1 D

; f6 \& k* r( F, I6 h% ^) F- u+ l如果是絕緣體,則電子都被原子核束縛住,所以沒有電流流通的媒介,所以電流就無法通過了。
黃佑平 發表於 2008-9-29 16:30 | 顯示全部樓層

老師~老師~

老師上面說:電流沒有流通的媒介,所電阻就相當相當的大。
! _" y) X9 e9 @4 r2 ?2 l" R也就是說,若是絕緣體的話,電流沒有流通的媒介,就一定都沒有任何電流經過嗎?還是說,還是會有一點點的電流,只是電阻較大而已?
$ d$ @, k, I" o1 E$ u/ Y* e
0 w" Z( H+ N" V) N1 C佑平
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-29 16:51 | 顯示全部樓層
哈...,問得好!% S4 G% ^& d- O1 F1 z( p' n
0 {$ W* q9 k$ R" c( C# H# Z
為什麼叫做絕緣體,就是沒有辦法讓電流通過,所以我說電阻相當相當大,6 `& T9 ]! b4 G6 q4 `: C3 @
只是個形容。不過,即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差(兩點電% y4 s+ y+ T4 u( z
壓的差距)。2 P6 W& R. a( z+ \9 P1 |, ], C5 f
% Q: c' u; P' @8 P( J! }
舉例來說:空氣是很好的絕緣體,但如果地面和雲層之間的正負電位差太多,就會產生「閃電」,突破空氣絕緣的限制。
黃佑平 發表於 2008-9-30 07:15 | 顯示全部樓層

老師老師

老師上面說:為什麼叫做絕緣體,就是沒有辦法讓電流通過.
# `: _6 m( E, s$ }* Y  U2 o老師上面又說:即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差
8 {3 U+ ~9 }0 \# q+ x. \3 Z到底是神麼?
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-30 09:11 | 顯示全部樓層
”即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差”,意思就是說:絕緣(防止電流通過)的能力也是有極限的。  D1 M4 u/ Z2 j/ [
1 y* y3 K( Z+ _% l8 Q6 {
舉例來說:9 [! l5 A: n: b. K7 M' j
1顆電池的電量沒辦法穿透一張紙,但10000顆電池串聯起來的能量,一張紙就檔不下來了!% H7 J# d2 B; ?: ^# Y: E6 I" U
0 r) e: A7 o" {% c
這樣解釋也許比較容易懂。
黃佑平 發表於 2008-9-30 17:01 | 顯示全部樓層

老師~老師~

也就是說,絕緣體也不能抵擋太陽的電流嚕!
2 R% S/ o( W- w我終於懂了,謝謝老師的回答。
/ y2 H% h. X" [) m' F7 ^( }0 `8 G) B1 T8 O$ s5 {; Y
佑平
蘇庭葦 發表於 2008-10-3 22:19 | 顯示全部樓層

發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?

老師~~~8 r+ `; p- R  B2 @) q
發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?
3 |/ K- [  J8 H5 I4 k如果車子行走當中,發光二極體掉了車子7 r2 T9 z. h+ c+ J( r0 B7 _/ A
還能走嗎?
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-4 00:44 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-3 22:19 發表
" r9 o0 N* _! N  F9 }9 R& B0 E, O5 g發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?% [- ~* F5 _- x7 H( Z4 c
如果車子行走當中,發光二極體掉了車子' K7 W  z) ?6 Y. Y2 b" n
還能走嗎?
, i% \* l( b9 Y  i" n, e
我們的實驗中,LED是用來當指示燈,只負責顯示電路狀態,所以不會影響車子的行動
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:39 | 顯示全部樓層
如果伏特有1000那100毆姆的電阻會不會有事。
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 01:14 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-4 23:39 發表
, O; k4 ?+ @8 C( K9 o3 Y如果伏特有1000那100毆姆的電阻會不會有事。

5 O  p* F3 A0 v- p8 U% U
! S6 e/ C  U# \5 [  n0 A" i跟據歐姆定律:# j& Y, O. N2 s: H

4 s: [$ E2 J: ?' A3 @$ x/ s3 y  電壓 除以 電阻 = 電流 (V/R=I)
) ~" f6 o/ s% n7 F  =>  1000(V)/100(Ω )=10(A)
( T$ j. P% B% Z  q0 D  A:安培,是電流大小的單位名稱,就像M(公尺)是長度大小的名稱。
0 t  ?+ T' f7 i8 d
. C3 q  A$ ^( {6 L- K$ p所以電阻接上1000V電壓,會有10A的電流流過,則該電阻將承受一個很大的能量(功率)4 @* K# ^- T6 |; n- R: P0 H8 r
) `5 @7 G, \$ H4 I4 t2 ]) F4 t
  電壓 乘以 電流 = 功率 (V*I=W); L/ A0 G; T8 \- p
  =>  1000(V)*10(A)=10000(W)  8 }; a6 A9 x5 B* R3 K
  W:瓦特,是能量大小的單位名稱
. @' H3 U' K" l, u: ^% F9 m8 N% I& T- F# ]1 z0 s# Q
但我們教材用的電阻,能承受的功率只有1/4=0.25(W)
* m! ]* m, Q' l0 _, i
% g5 H& @- n8 O" E+ i# |- o  10000W 遠大於 0.25W2 I5 j: N1 J. q- m" b
接上去會就一定會馬上燒燬的!
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:13 | 顯示全部樓層
老師~~~
$ g$ D* X6 C5 r. l
/ u  [& b5 X2 o1 g6 |# X把電阻串連在一起,LED會亮的越來越小;. _5 @" b, L7 j' c
把電阻並連在一起,LED會亮的越來越小.& @/ U. C* X% \, N
對嗎?
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:20 | 顯示全部樓層
老師
, b! z5 b  q4 l% E9 `* {$ S最大的伏特是多少。
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 01:21 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-4 23:13 發表 6 B6 F4 X6 T" R* Q: w! h2 J
老師~~~6 D" _* [- v$ C7 r$ G8 T

  g* C. m& x; F8 `2 }/ x把電阻串連在一起,LED會亮的越來越小;
" @( N$ j0 g  _" @1 J把電阻並連在一起,LED會亮的越來越小.
. b" G! @. E5 q對嗎?
) ?, |  i( z6 N0 ]: ?, q2 H$ W- |' r2 a
可以描述一下你說的並聯是如何接呢?
蘇庭葦 發表於 2008-10-5 09:24 | 顯示全部樓層
老師
* `8 s$ I' k  x+ Q, tLED是半導體嗎?
蘇庭葦 發表於 2008-10-5 08:53 | 顯示全部樓層
並連是電阻的兩端接在一起,
% \9 N! i, ?, x# r  T5 b* m4 @2 w所以串聯就是電阻的一端接在一起。# c+ B* z/ J+ {1 i  F$ k. F
對嗎?老師
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 10:34 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-5 08:53 發表
/ u4 L1 @9 `7 w& {2 }! |9 u0 m並連是電阻的兩端接在一起,
7 e, ]  M' n( _2 D  \$ N所以串聯就是電阻的一端接在一起。
# Q3 \0 H7 [. y& x% Y0 B; n對嗎?老師
6 i! @& A4 c  j( X5 {
! v% S9 T3 I9 |1 ?% d) K; f
R_LED串並聯.jpg 8 H" H& t/ Q7 Z% U( M

  A" E$ }  E0 ^$ ]+ l; s5 X左邊為串聯電路,電阻有降低LED電流的作用,所以LED亮度會受電阻控制。
0 f2 {1 ~8 C, X$ u) a5 k右邊為並聯電路,電阻沒有降低LED電流的作用,所以LED亮度不會受電阻控制。而且還因為直接接到電池,所以還會燒壞LED。
0 O! k1 i9 L% B, S- \6 _& r, j* `1 W  T1 a/ n1 J$ V: p
回答樓上的問題:LED也是用半導體材料製成的。
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